Miksi uusi energia-auton akku ei voi näyttää tarkasti jäljellä olevaa virtaa?
Sähköajoneuvojen nopean kehityksen jälkeen kuluttajat ovat alkaneet kiinnittää suurta huomiota sähköajoneuvojen valikoimaan. Joillakin käyttäjillä on jopa kilometriahdistusta, koska he pelkäävät ilmiötä, joka muistuttaa matkapuhelimen akun äkillistä sammumista, kun se loppuu. Puhukaamme tänään yksityiskohtaisesti auton akkuvirran tarkan mittauksen vaikeuksista ja selviytymismenetelmistä.
Sähköajoneuvojen akun varaustason mittausvaikeudet
Dissmann Fuses valmistaja, jolla on 20 vuoden kokemus, lisätietoja. ota yhteyttä sähköpostitse: anna@delfuse.com WhatsApp: +86 18813915908
Dissmann-sulakkeita käytetään laajalti sähköajoneuvoissa, hybridibensiini- ja polttokennoajoneuvoissa ja niiden keskeisissä osissa (PACK/PDU/BDU/MSD/Electric/High Pressure Connector, yms.), sähköautolaturi/ sähköauton hiertymäpaastojärjestelmä/-moduuli, sähköntuotantojärjestelmä, 5G-viestintävirtalähde, pilvipalvelimen virtalähde, energian varastointi, AGV (siirryt miehittämättömien ajoneuvojen lähettämiseen), luonnonkaunis alueen matkailuauto, golfauto, terveydenhuolto, kävely, laitteet ja rakennuskoneet, maalämmitysjärjestelmä, aurinkosähkön yhdistäjärjen laatikko, tasajännitteen virransäntölaite, teollisuuden koneet ja laitteet sekä muut dc-suurjännitteen sovelluskenttien alueet.
Saanko puhua vaikeuksista ensin? Sähköauton akkutehon tarkkaan mittaamiseen vaikuttavia tekijöitä ovat:
1. Sähköautojen akkumateriaalit ovat erilaisia
Tarkkuus on tärkeä ominaisuus sähköautojen akkupolttoaineen mittauksessa. Sähköajoneuvojen akkumateriaalit ovat monipuolisia. Mukaan lukien litiumrautafosfaatti LiFePO4-akku (punainen käyrä), litiumkobolttioksidiakku LiCoO2-akku (sininen käyrä) ja uudet kemiallisen materiaalin akut, kuten kolmielementtinen NMC-akku (musta käyrä). Niillä on erilaiset vaatimukset akkupolttoaineen mittaamiselle. Litiumrautafosfaatti LiFePO4 -akuissa tyhjennyskäyrä on tasainen, ja kennojännitteen mittauksen tarkkuus on ratkaiseva. Ylilatauksen ja purkamisen estämiseksi akkukennot on pidettävä 20–90 prosentissa täydestä kapasiteetista. 85 kWh:n akussa normaalissa ajossa käytettävä kapasiteetti on vain 60,9 kWh. Jos mittausvirhe on 5 %, akun turvallisen käytön jatkamiseksi akun kapasiteetti on pidettävä 25–85 prosentissa. Käyttökelpoinen kokonaiskapasiteetti on pienentynyt 70 prosentista 60 prosenttiin.
Sähköauton sähköakun turvallinen käytettävissä oleva tehoalue
2. Sähköajoneuvojen käyttöympäristö on erittäin ankara
Sähköajoneuvot saattavat mennä Moheen kokemaan pohjoisessa miinus 40 asteen alhaisen lämpötilan, ja ne saattavat mennä lännessä Huoyan-vuorelle kokemaan miinus 50 asteen palovamman. Samaan aikaan kosteus, mekaaninen rasitus ja yli 15 vuoden käyttöiän aika asettivat sähköakuille ympäristönsietovaatimuksia, jotka ovat hyvin erilaisia kuin matkapuhelinten akut.
3. Sähköauton akku on akku, jonka rakenne on monimutkainen
Sähköautojen akkuyksikön rakenne
Sähköauton akku koostuu yksinkertaisimmista akkukennostokennistä akkumoduulimoduulin muodostamiseksi, ja sitten moduulimoduuli muodostaa akkupaketin. Matkapuhelin on yksisoluinen. Sähköauton akku koostuu useista sarjaan kytketyistä akuista. Tyypillinen akkuyksikkö (jossa on 96 kennoa sarjassa) tuottaa yli 400 V:n kokonaisjännitteen, kun sitä ladataan 4,2 V:n jännitteellä. Mitä enemmän akkuyksikön kennoja, sitä suurempi jännite saavutetaan. Kaikkien akkujen lataus- ja tyhjennysvirta on sama, mutta jokaisen akun jännitettä on valvottava. Suuritehoisiin autojärjestelmiin tarvittavien akkujen suuren määrän huomioon ottamiseksi useat akut jaetaan yleensä useisiin moduuleihin ja sijoitetaan ajoneuvon koko käytettävissä olevaan tilaan. Tyypillisessä moduulissa on 10–24 akkua, ja se voidaan koota eri kokoonpanoihin useiden ajoneuvoalustojen mukaan. Modulaarista rakennetta voidaan käyttää suurten akkujen pohjana. Se mahdollistaa akkukomponenttien sijoittamisen suuremmalle alueelle, mikä tehostaa tilankäyttöä.
Akkuyksikön kauhavaikutus
Samalla, koska virta-akku koostuu useista kennoja, heikoin kenno rajoittaa koko akkuyksikön suorituskykyä. Sitä kutsutaan myös kauhavaikutukseksi. Kokonaistehoa rajoittaa heikoimman solun voima. Ylilataus tai ylilataus vaurioittaa vastaavia kennoja.
Akkujen mittausteknologian parantaminen auttaa mittaamaan tarkasti sähköautojen akkutehoa
Kun puhutaan sähköajoneuvojen akun varaustason mittaamisen vaikeusasteista, puhutaan ratkaisusta. Itse asiassa akun mittausteknologian nopean parantamisen ansiosta se auttaa mittaamaan tarkasti sähköajoneuvojen akkutehoa. Tämä on myös nykyisen sähköautojen kehittämisen ykkösprioriteetti. Yksi ydinteknologioista on akunhallintajärjestelmä BMS.
Akunhallintajärjestelmän BMS-sovelluslohkokaavio
Akunhallintajärjestelmän BMS-sovelluslohkokaaviossa on tyypillinen 96 kennoa pitkä akkuyksikkö, joka on jaettu kahdeksaan moduuliin, joissa kussakin on 12 akkukennoa. Tässä esimerkissä akkumonitori IC on LTC6811, joka voi mitata 12 akkua. IC:n akun mittausalue on 0–5 V ja se soveltuu useimpiin akkukemian sovelluksiin. Sarjaan voidaan liittää useita laitteita, jotka valvovat pitkiä suurjänniteakkuja samanaikaisesti. Laite sisältää kunkin solun passiivisen tasapainotuksen. Tietoja vaihdetaan eristysesteen molemmin puolin ja kokoaa järjestelmän ohjain, joka vastaa SOC: n laskemisesta, akkutasapainon hallinnasta, SOH: n tarkistamisesta ja koko järjestelmän pitämisestä turvallisissa rajoissa.
Akunhallintajärjestelmä: täydellinen signaaliketju
Korkea kennomittaustarkkuus laajentaa käytettävissä olevaa tehoaluetta
Kennon jännitteen mittaustarkkuus ja akun tehoalue
Akkuyksikön takana olevina "aivoihin" BMS-tekniikka hallitsee tehontuottoa, latausta ja tyhjennystä sekä tarjoaa tarkat mittaukset ajoneuvon käytön aikana. Suurempi akkukennon jännitteen mittaustarkkuus voi laajentaa käytettävissä olevan akkuvirran valikoimaa. Jos tarkkuus nostetaan 1%: iin (litiumrautafosfaatti LiFePO4 -akun osalta 1 mV: n mittausvirhe vastaa 1%: n SOC-virhettä), akku voi toimia välillä 21% ja 89% täydestä kapasiteetista, lisäystä 8%. Saman akun ja tarkemman BMS:n käyttö voi lisätä auton kilometrimäärää latausta kohden.
Otetaan esimerkiksi Analog Devices ADI, BMS-akunhallintajärjestelmän akun päävalvonta IC-tuotteet on iteroitu neljänteen sukupolveen. 12 tai useamman kennokanavan jännitettä ja lämpötilaa voidaan seurata suurella tarkkuudella yli 1,2 mV:n tarkkuudella.
2. Tarkka Zener-viitelähde selviytymään ankarista ympäristöhaasteista
↑BMS IC:n sisäinen lohkokaavio
BMS-piirisuunnittelijat arvioivat yleensä akun mittauspiirien tarkkuuden tietosivun eritelmien perusteella. Itse asiassa muut vaikutukset reaalimaailman sovelluksissa hallitsevat yleensä mittausvirhettä. Mittaustarkkuudella vaikuttavia tekijöitä ovat:
Piirilevyn kokoonpanon rasitus
Kosteus
Lämpötilan ajelehtiminen
Pitkäaikainen ajelehtiminen
Ääniteknologiassa on otettava huomioon kaikki nämä tekijät, jotta se voi tarjota erinomaisen suorituskyvyn. IC:n mittaustarkkuutta rajoittaa pääasiassa vertailujännitteen jänniteviite. Vertailujännite on hyvin herkkä mekaaniselle rasitille. Lämpöpyöräily piirilevyn juottamisen aikana voi aiheuttaa piistressiä. Kosteus on toinen piin stressin syy, koska pakkaus imee kosteutta. Piistressi hellittää ajan myötä, mikä johtaa vertailujännitteen pitkäaikaiseen ajelehtimiseen.
↑Tarkkuuteen vaikuttavat piirilevyn kokoonpanon rasitus (ylhäällä vasemmalla), kosteus (ylhäällä oikealla), lämpötilan ajelehtiminen (alhaalla vasemmalla) ja pitkäaikainen ajelehtiminen (alhaalla oikealla)
LTC68xx-sarjassa käytetään laboratoriotason Zener-diodin vertailujännitelähdettä, joka on tekniikka, jota ADI on jatkuvasti parantanut yli 30 vuoden kuluttua. Haudatut Zener-diodit sijoittaa risteyksen piipinnan alapuolelle, pois epätaminanttien ja oksidikerrosten vaikutuksesta. Tuloksena on, että Zener-diodeilla on erinomainen pitkän aikavälin vakaus, alhainen melu ja suhteellisen tarkat alkutoleranssit. Ajelehtiminen on alle 1 mV koko autojen lämpötila-alueella -40°C - +125°C. Ajan myötä Zener-diodin vertailujännitelähteen vakaus on parempi, vähintään 5 kertaa suurempi kuin kaistanraon vertailujännitteen lähde. Samanlaiset kosteus- ja piirilevykokoonpanon stressitestit osoittavat, että haudatun Zener-diodin suorituskyky on parempi kuin kaistanraon viitejännitelähteen.
3. Solutasapaino rikkoo kauhaefektin
↑Passiivinen paristotasapaino, jossa on ilmausvastus
BMS tarjoaa myös tärkeitä suojaustoimenpiteitä akkuvaurioiden estämiseksi. Akkuyksikkö koostuu useista riippumattomien akkukennojen ryhmistä, jotka tekevät saumatonta yhteistyötä maksimaalisen tehon tarjoamiseksi autolle. Jos akkukennot menettävät tasapainonsa, stressi vaikuttaa niihin, mikä johtaa latauksen ennenaikaiseen päättymiseen, mikä lyhentää akun yleistä käyttöikää.
Passiivisen tasapainotuksen ansiosta akkuyksikön kunkin yksikön kapasiteetti on suunnilleen sama kuin heikoimman yksikön. Se käyttää suhteellisen alhaisen virran lataussyklin aikana ja kuluttaa pienen määrän energiaa korkeasta SoC-akusta, jotta kaikki akkukennot ladataan maksimiinsa SoC. Tämä saavutetaan kytkimellä ja ilmausvastusta, jotka on kytketty rinnakkain kunkin akkukennon kanssa. Korkea SoC-akku tyhjenee (virta häviää vastuksen aikana), joten latausta voidaan jatkaa, kunnes kaikki akkukennot on ladattu täyteen.
↑Käytettävissä olevan tehon ja virrankäyttöakun tuhlan välinen suhde
Edellä akun mittausteknologian parantaminen helpottaa sähköauton akkutehon tarkkaa mittaamista laajentamalla käytettävissä olevaa tehovalikoimaa, tarkkaa Zener-vertailulähdettä ankarien ympäristöhaasteiden kohtaamiseksi ja kennoja tasapainottelemalla kauhavaikutuksen katkaisemiseksi. Se vastaa oluen päällä olevan vaahdon minimoimista, jolloin aito juoma lähtee kohtuulliseen hintaan. Tuleva sähköautojen akkuteknologia on varmasti tarkempaa ja älykkäämpää. Näin poistetaan käyttäjän kilometriahdistus, jolloin kuluttajat voivat matkustaa helposti.